Концентратор световой энергии для солнечных батарей
Предложенное техническое решение относится к области гелиотехники и позволит качественно использовать солнечную энергию. Концентратор световой энергии для солнечных батарей включает расположенные первую внешнюю и вторую внутреннюю конические поверхности, причем площадь поверхности первого конуса больше поверхности второй конической поверхности в "n" раз кратности. На внешней стороне второй поверхности расположена совокупность фотоэлектрических преобразователей, а внутренняя сторона первой поверхности представляет собой рефлектор, обращенный к внешней стороне второй поверхности контррефлектора. Упомянутые первая внешняя поверхность и вторая внутренняя поверхность представляют собой расположенные соосно друг относительно друга первую и вторую конические либо вписанную в коническую поверхности. 3 з.п., 2 ил.
Предлагаемое техническое решение относится к области гелиоэнергетики.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого технического решения могут быть выбраны концентраторы световой энергии для солнечных батарей, описанные в патентных документах: US 5180441, опубликован 19.01.1993; US 5344496, опубликован 06.09.1994; US 2012031393, опубликован 09.02.2012. Известные из перечисленных выше источников концентраторы солнечной энергии представляют собой сочетание первой внутренней поверхности и второй внешней поверхность, расположенных параллельно друг относительно друга. Площади вершин, ограниченных первой и второй поверхностями, больше площади оснований, ограниченных первой и второй поверхностями. На наружной стороне первой поверхности расположена совокупность фотоэлектрических преобразователей, внутренняя сторона второй поверхности представляет собой рефлектор, обращенный к наружной стороне первой поверхности. Указанные концентраторы собираются в блоки, обеспечивающие требуемую мощность энергетической установки. Однако, описанная выше конструкция, представляющая собой набор блоков из расположенных параллельно поверхностей с одной стороны приводит к нерациональному расходу конструкционных материалов на изготовление солнечной батареи, а с другой стороны к недостаточному использованию солнечной энергии.
В свою очередь предлагаемое техническое решение позволит устранить указанный выше недостаток, то есть предложить к использованию концентратор световой энергии для солнечных батарей, который повысит плотность направляемой на фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии при одновременном использовании рациональной и эргономичной в использовании конструкции концентратора.
Указанный выше технический результат достигается при использовании концентратора световой энергии для солнечных батарей, включающего расположенные вторую внутреннюю поверхность и первую внешнюю поверхность. Площадь вершин, ограниченных первой и второй поверхностями, больше площади оснований, ограниченных первой и второй поверхностями. На наружной стороне второй поверхности расположена совокупность фотоэлектрических преобразователей. Внутренняя сторона первой поверхности представляет собой рефлектор, обращенный к наружной стороне второй поверхности. В соответствии с предложенным техническим решением упомянутые первая внутренняя поверхность и вторая внешняя поверхность представляют собой расположенные соосно друг относительно друга первую и вторую коническую либо вписанную в коническую поверхности. При этом вторая поверхность может быть выполнена ступенчатой формы, с прямолинейной образующей, с криволинейной образующей. Первая и вторая конические поверхности предпочтительно соединяются между собой посредством стрингеров. Фотоэлектрические преобразователи выбираются из перечня, включающего кремниевые фотоэлектрические преобразователи и арсенид-галлиевые фотоэлектрические преобразователи, а так же другие типы фотопреобразователей.
Предложенное техническое решение поясняется чертежом.
Фиг.1 - Оптическая схема предложенного концентратора.
Фиг.2 - Схема выполнения предложенного концентратора со.
Сам концентратор состоит из соосно расположенных первой 1 и второй 2 конических либо вписанных в конические поверхностей с углом при вершине 90°. Основания конусных поверхностей 1 и 2 лежат на одной плоскости, которая конструктивно перпендикулярна к солнечному световому потоку. Поток солнечных лучей падает на первую зеркальную внутреннюю поверхность большого конуса (рефлектора) 1, отражается от нее и попадает на вторую внешнюю поверхность малого конуса (контррефлектор) 2, на которой крепятся фотоэлектрические преобразователи (на схеме не показаны). Таким образом получается, что световой поток отразившись от большей поверхности (рефлектора) 1 фокусируется на меньшей поверхности 2, на фотоэлектрических преобразователях, плотность световой энергии увеличивается в "n" раз 
, R1 - радиус рефлектора, R2 - радиус контррефлектора. Так если R1 в два раза больше R2, то увеличение плотности будет в n=3 раза. (фиг.1)
Первая 1 и вторая 2 конические либо вписанные в конические поверхности соединяются между собой посредством стрингеров 3. Фотоэлектрические преобразователи выбираются из перечня, включающего кремниевые фотоэлектрические преобразователи, арсенид-галлиевые и другие полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи. Очевидно, что конические либо вписанных в конические поверхности представляют собой более рациональную конструкцию по сравнению с линейными блоками для размещения фотоэлектрических преобразователей и позволяет расположить на наружной части конуса, образованного второй поверхностью 2, количество фотоэлектрических преобразователей, ограниченное только площадью поверхности такого конуса. Также, в зависимости от условий использования, особенно при больших n (коэффициент плотности светового пучка) возникает проблема охлаждения поверхности с фотоэлектрическими преобразователями, эта проблема решается при использовании более простой конструкции - конусной поверхности. В случае использования ступенчатой конструкции контррефлектора (фиг.2), т.е. при выполнении второй поверхности 2 ступенчатой, при одинаковом съеме электроэнергии используется на 40% меньше дорогостоящего материала фотоэлектрических преобразователей. Так как световой пучок падает при этом на поверхность фотоэлектрических преобразователей перпендикулярно, становится возможно применить при юстировке изделия автоколлимационный метод, как наиболее простой и точный.
При использовании в предложенном концентраторе кремниевых фотоэлектрических преобразователей, увеличивается и продолжительность рабочего дня, работа в сумерках, в пасмурную погоду и даже в лунной ночи. При использовании высокотемпературных многокаскадных фотоэлектрических преобразователей типа арсенид-галлиевых возможно довести общий КПД установки до 60%.
Таким образом, предложен концентратор световой энергии для солнечных батарей, который повысит плотность направляемой на фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии при одновременном использовании рациональной и эргономичной в использовании конструкции концентратора.
1. Концентратор световой энергии для солнечных батарей, включающий расположенные первую внешнюю поверхность и вторую внутреннюю поверхность,
при этом на наружной стороне второй поверхности расположена совокупность фотоэлектрических преобразователей,
а внутренняя сторона первой поверхности представляет собой рефлектор, обращенный к наружной стороне второй поверхности, отличающийся тем, что
упомянутые первая внешняя поверхность и вторая внутренняя поверхность представляют собой расположенные соосно относительно друг друга первую и вторую коническую либо вписанную в коническую поверхности.
2. Концентратор световой энергии по п.1, отличающийся тем, что вторая коническая поверхность выполнена ступенчатой формы.
3. Концентратор световой энергии по п.1, отличающийся тем, что первая и вторая конические поверхности соединены между собой посредством стрингеров.
4. Концентратор световой энергии по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что фотоэлектрические преобразователи выбраны из перечня, включающего кремниевые фотоэлектрические преобразователи и арсенид-галлиевые фотоэлектрические преобразователи.
